Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Associação de Pesquisa Espacial Universitária deram um grande passo para compreender as origens das explosões de radiação extremamente prejudiciais que os astronautas enfrentarão durante viagens espaciais fora do escudo magnético da Terra.

Os cientistas simularam erupções solares e a subsequente aceleração de partículas carregadas na coroa solar com simulações de supercomputadores de última geração. Eles descobriram que o mecanismo de aceleração requer condições específicas do vento solar. O vento solar é um fluxo contínuo de partículas carregadas do Sol.

Quando a velocidade do vento solar está entre cerca de 500 e 650 quilómetros (310 e 404 milhas) por segundo e há grandes áreas no Sol com fortes campos magnéticos perfurando a superfície, as condições são adequadas para o mecanismo de aceleração começar a funcionar.

As observações dos cientistas podem levar ao desenvolvimento de novos modelos de clima espacial que prevejam a radiação espacial prejudicial com tempo suficiente para proteger os astronautas que trabalham fora do escudo magnético da Terra. A radiação espacial é um grande perigo para a saúde dos astronautas e representa um desafio significativo para as missões humanas à Lua e a Marte.

As descobertas da equipe de pesquisa foram publicadas na revista _Physical Review Letters_.

“Quando os astronautas viajam para fora da magnetosfera protetora da Terra, eles são expostos a altos níveis de radiação espacial”, disse o Dr. Vassilis Angelopoulos, ex-aluno e distinto professor de graduação do Departamento de Física da NC State e autor correspondente do estudo. "Grande parte desta radiação assume a forma de prótons altamente energéticos. No entanto, apesar de décadas de pesquisa, ainda não compreendemos completamente os mecanismos físicos que aceleram esses prótons a energias tão elevadas."

Os astrofísicos acreditam que a aceleração provavelmente acontece na coroa solar – a atmosfera externa do Sol – e que deve ocorrer em etapas porque nenhum processo único pode acelerar os prótons para as energias observadas perto da Terra. O cenário predominante é que os prótons ganham uma quantidade significativa de energia muito perto do Sol através da reconexão das linhas do campo magnético – um processo denominado reconexão magnética – e são então ainda mais acelerados por um mecanismo ainda desconhecido em algum lugar da heliosfera interna – a região entre o Sol e a Terra.

As observações mostram que estes eventos energéticos parecem estar associados a erupções solares envolvendo as chamadas ejeções de massa coronal (CMEs). No entanto, as CME são também fenómenos omnipresentes que acontecem constantemente, mas muito poucos deles – apenas cerca de 1% – acabam por produzir radiação perigosa.

“Isto mostra que as CMEs por si só não podem ser responsáveis ​​pela aceleração”, disse Angelopoulos. "Tem que haver algo mais; algumas condições específicas que levam ao início do processo de aceleração de partículas."

Então, quais são essas condições específicas?

A equipe de pesquisa realizou uma extensa série de simulações baseadas na física com modelos de supercomputadores de erupções solares de última geração, incluindo CMEs. Eles descobriram que a aceleração dos prótons de alta energia começa quando o vento solar atinge uma faixa específica de velocidades e há grandes regiões no Sol com fortes campos magnéticos perfurando a superfície solar.

"A coroa solar está cheia de campos magnéticos, e há muito suspeitamos que os campos magnéticos desempenham um papel crítico no processo de aceleração", disse o Dr. Xiaowei Wang, ex-bolsista de pós-doutorado no Departamento de Física da NC State e principal autor do livro. o papel. "Mas os campos magnéticos têm de ser estruturados da forma correcta - como uma mola totalmente esticada ao longo do Sol. As nossas simulações numéricas mostram que quando estas condições ocorrem, o cenário está preparado para a geração de protões de alta energia."

Quando tais condições favoráveis ​​estão presentes, a reconexão magnética pode tornar-se muito rápida. Isto, por sua vez, pode reestruturar rapidamente os campos magnéticos de tal forma que os campos elétricos aceleram os prótons a altas energias.

Os modelos de clima espacial podem potencialmente prever os tempos de ocorrência e chegada de eventos de prótons de alta energia na Terra se puderem fornecer informações sobre as condições do vento solar e a estrutura do campo magnético em grande escala no Sol. O desenvolvimento de modelos climáticos espaciais com esta capacidade é desafiador, mas viável, e a pesquisa do grupo de Angelopoulos continua nessa direção.